• calcination
• hydraulicity index
• quicklime
• reactivity

La calce è un prodotto chimico, molto versatile e utilizzato in un’ampia varietà di applicazioni industriali. Con questo termine generico, si include la calce viva e quella spenta. La calce viva è il prodotto della decomposizione termica delle rocce carbonatiche e consiste chimicamente in CaO. Invece, dalla reazione di idratazione di quest’ultima con l’acqua, si ottiene la calce spenta, ovvero Ca(OH)2. Ad oggi, uno dei metodi maggiormente impiegati per valutare la qualità della calce viva (CaO), è la stima della sua reattività. La reattività della calce è un parametro che consiste nella misura della velocità con cui la calce viva (CaO) reagisce con l’acqua durante la reazione esotermica di idratazione. Questa è influenzata principalmente dalle condizioni di cottura (tempo e temperatura), e dalle proprietà intrinseche delle rocce carbonatiche utilizzate, quali la composizione chimica e mineralogica. Pertanto, il mio lavoro di tesi ha avuto come scopo quello di stimare la reattività della calce ottenuta dalla cottura, per diversi tempi e temperature, di alcune rocce carbonatiche affioranti sui Monti Pisani, nelle località di San Giuliano Terme (PI) e Caprona (PI). In particolare, l’attenzione è stata rivolta verso quattro litologie carbonatiche con caratteristiche petrografiche, chimiche e mineralogiche differenti tra loro. Esse appartengono alle seguenti formazioni geologiche: Calcari a Rhaetavicula contorta (Unità della Falda Toscana), Metacalcari selciferi, Marmi e Grezzoni, (Unità toscana metamorfica di Santa Maria del Giudice). Il lavoro di tesi si è basato principalmente sul comprendere come le differenti condizioni di cottura (tempo, temperatura) influenzano la reattività delle calci prodotte, e sul valutare la relazione che esiste tra questo parametro e la diversa composizione chimica e mineralogica dei materiali carbonatici selezionati. Le cotture sono state eseguite sui campioni di roccia: provini cilindrici (6 cm di altezza e 5 cm di diametro), granulati (1 cm > Ø > 3.15 mm, 3.15 mm > Ø > 1.18 mm, 1.18 mm > Ø > 0.300 mm) e polveri (0.300 mm > Ø > 0.100 mm , Ø < 0.100 mm) a 850°C, 1000°C e 1200°C. Le cotture sono state svolte in muffola elettrica per una e tre ore. La reattività delle calci così ottenute, è stata determinata seguendo le specifiche indicate dalla norma EN 459-2:2010. Tuttavia, con lo scopo di comprendere gli effetti delle singole impurezze mineralogiche sulla reattività della calce, in questo progetto è stata inclusa un’ulteriore parte sperimentale. Essa ha previsto di cuocere delle pastiglie (4 cm x 1.5 cm) ottenute in laboratorio, aggiungendo a calcite pura, quantità note e crescenti (1%, 15%, 30%) di specifiche impurezze selezionate: magnetite, quarzo, caolinite e dolomite. Le pastiglie sono state cotte a 1000°C e 1200°C per un’ora e la reattività delle calci prodotte è stata misurata sempre secondo la procedura indicata dalla norma EN 459-2:2010. Sui vari campioni di roccia carbonatica è stata effettuata una caratterizzazione minero-petrografica preliminare, e sulle calci ottenute dalle varie cotture, sono state svolte analisi mineralogiche al fine di valutare quali fasi minerali si ottengono all’aumentare della temperatura di cottura. Le metodologie d’indagine utilizzate in questa tesi hanno previsto lo studio al microscopio ottico, l’analisi chimica mediante fluorescenza a raggi-X (XRF), l’analisi mineralogica in diffrattometria a raggi-X su polveri (XRPD), l’analisi termica simultanea (STA) e la microscopia elettronica a scansione (SEM). Tutte le attività che hanno interessato questo lavoro di tesi sono state svolte nel Laboratorio di Beni Culturali e Ambientali del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa e nel Laboratorio di Chimica Analitica della FASSA S.r.l. Dai risultati delle reattività, si può dire che per mezzo della cottura di alcune rocce carbonatiche affioranti sui Monti Pisani è possibile ottenere calci di buona qualità: dalla cottura dei campioni appartenenti alle formazioni geologiche Marmi e Calcari a Rhaetavicula contorta, si ottengono calci contraddistinte da reattività alte. Per le condizioni sperimentali in cui è stato svolto questo lavoro, la miglior combinazione temperatura/ tempo di cottura per ottenere calce più reattiva, è 1000°C per un’ora. Come dimostrato anche dalle analisi in microscopia elettronica, all’aumentare della temperatura e del tempo di cottura, la reattività della calce tende a diminuire a causa dall’incremento dell’area superficiale delle proprie particelle di CaO. I materiali carbonatici puri danno calci maggiormente reattive, rispetto a quelli impuri. Infatti, dalla cottura dei campioni di Metacalcari selciferi, che consiste in una litologia carbonatica impura, si ottiene la calce meno reattiva tra quelle studiate. Cuocendo i campioni di Grezzoni, è stato possibile mettere in evidenza l’influenza dell’abbondanza della dolomite sulla reattività della calce, dal momento che questa fase minerale tende a dissociarsi a temperature più basse rispetto alla calcite, dando fenomeni di stracottura precoci a parità di temperatura e tempo di cottura.


Lime is a chemical product, which is very versatile and used in a wide variety of industrial applications. This generic term includes both quicklime and slaked lime. Quicklime is the product of thermal decomposition of carbonate rocks and consists chemically in CaO. Instead, the hydration reaction of the latter with water yields to slaked lime, or Ca(OH)2. Today, one of the most widely used methods of assessing the quality of quicklime is to estimate its reactivity. The reactivity of lime is a parameter that consists of measuring the rate at which it reacts with water during the exothermic reaction of hydration. This is mainly influenced by the firing conditions (time and temperature), and the intrinsic properties of the carbonate rocks used, such as chemical and mineralogical composition. Therefore, the purpose of my thesis work was to estimate the reactivity of lime obtained from the firing, for different times and temperatures, of some carbonate rocks outcropping in the Monti Pisani area, in the localities of San Giuliano Terme and Caprona (PI). In particular, the attention was directed toward four carbonate lithologies with different petrographic, chemical and mineralogical characteristics. They belong to the following geological formations: Calcari a Rhaetavicula contorta (Tuscan Nappe Unit), Metacalcari selciferi, Marmi and Grezzoni, (Tuscan metamorphic Unit of Santa Maria del Giudice). The thesis work was mainly based on understanding how different firing conditions (time, temperature) affect the reactivity of the produced lime, and evaluating the relationship that exists between these parameters and the different chemical and mineralogical composition of the selected carbonate materials. The firings were performed on the rock samples in the form of cylindrical specimens (6 cm in height and 5 cm in diameter), granulates (1 cm > Ø > 3.15 mm, 3.15 mm > Ø > 1.18 mm, 1.18 mm > Ø > 0.300 mm) and powders (0.300 mm > Ø > 0.100 mm , Ø < 0.100 mm) at 850°C, 1000°C and 1200°C. The firings were carried out in an electric muffle furnace for one and three hours. The reactivity of the resulting lime was determined following the specifications given in EN 459-2:2010. However, with the aim of understanding the effects of individual mineralogical impurities on the reactivity of lime, an additional experimental part was included in this project. It involved tablets (4 cm x 1.5 cm) obtained in laboratory, adding to pure calcite, known and increasing amounts (1%, 15%, 30%) of specific selected impurities containing magnetite, quartz, kaolinite and dolomite. The tablets were fired at 1000°C and 1200°C for one hour, and the reactivity of the produced lime was measured, according to the procedure given in EN 459- 2:2010. On the various carbonate rock samples, a preliminary mineralogical-petrographic characterization was carried out, and on the lime obtained from the various firings, mineralogical analyses were carried out in order to assess which mineral phases are obtained as the firing temperature increases. The investigation methods used in this thesis included study by optical microscope, chemical analysis by X-ray fluorescence (XRF), mineralogical analysis by X-ray powder diffractometry (XRPD), simultaneous thermal analysis (STA) and scanning electron microscopy (SEM). All the activities involved in this thesis work were carried out in the Cultural and Environmental Heritage Laboratory of the Department of Earth Science and in the Analytical Chemistry Laboratory of FASSA S.r.l. From the results of the experiments, it can be said that by the firing of some carbonate rocks outcropping in the Pisan Mountains it is possible to obtain good quality lime: firing samples belonging to the Marbles and Calcari a Rhaetavicula contorta geological formations, it can be possible obtain lime with high reactivities. For the experimental conditions of this work, the best temperature/firing time combination to obtain more reactive lime is 1000°C for one hour. As also shown by electron microscopy analysis, as temperature and firing time increase, the reactivity of lime tends to decrease due to the increase in surface area of its CaO particles. Pure carbonate materials yield more reactive lime, compared to impure ones. In fact, firing samples of Metacalcari selciferi, which consists of an impure carbonate lithology, yielded the least reactive lime among those studied. By firing the samples of Grezzoni, it was possible to highlight the influence of dolomite abundance on lime reactivity, since this mineral phase tends to dissociate at lower temperatures than calcite, giving early overburning phenomena at the same temperature and firing time.